(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にプラズマが生成される真空処理室と、前記真空処理室の上部を気密に封止するアンテナ蓋部と、前記真空処理室内に配置され被処理体が載置される第一の電極と、前記真空処理室内にガスを供給するシャワープレートと前記アンテナ蓋部の間に配置され前記第一の電極に対向した第二の電極と、前記プラズマを生成するための高周波電力を前記第二の電極に供給する高周波電源と、前記シャワープレートにガスを供給するガス供給手段と、前記真空処理室内を排気する排気手段とを備えるプラズマ処理装置において、
前記ガス供給手段は、複数のガス供給源と前記複数のガス供給源から供給されたガスを前記シャワープレートに供給し前記アンテナ蓋部の上方に配置されたガス供給装置を具備し、
前記ガス供給装置は、前記複数のガス供給源から供給されたガスを前記シャワープレートの第一の領域と前記第一の領域の外側の領域である前記シャワープレートの第二の領域のそれぞれに分配するガス分配器と、ガスを前記複数のガス供給源から前記ガス分配器に供給するための配管の内部を排気する第一の排気用配管と、ガスを前記ガス分配器から前記シャワープレートに供給するための配管の内部を排気する第二の排気用配管とを具備することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記ガス分配器は、２つであり、
プラズマ処理条件を構成するステップを継続してプラズマ処理を行うとき、前記ステップのガスを一方のガス分配器を介して前記シャワープレートに供給し、前記ステップ後のステップのガスを他方のガス分配器を介して前記シャワープレートに供給するような制御を行う制御装置をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
内部にプラズマが生成される真空処理室と、前記真空処理室の上部を気密に封止するアンテナ蓋部と、前記真空処理室内に配置され被処理体が載置される第一の電極と、前記真空処理室内にガスを供給するシャワープレートと前記アンテナ蓋部の間に配置され前記第一の電極に対向した第二の電極と、前記プラズマを生成するための高周波電力を前記第二の電極に供給する高周波電源と、前記シャワープレートにガスを供給するガス供給手段と、前記真空処理室内を排気する排気手段とを備え、
前記ガス供給手段は、複数のガス供給源と前記複数のガス供給源から供給されたガスを前記シャワープレートに供給し前記アンテナ蓋部の上方に配置されたガス供給装置を具備し、
前記ガス供給装置は、前記複数のガス供給源から供給されたガスを前記シャワープレートの第一の領域と前記第一の領域の外側の領域である前記シャワープレートの第二の領域のそれぞれに分配する２つのガス分配器と、ガスを前記複数のガス供給源から前記ガス分配器に供給するための配管の内部を排気する第一の排気用配管と、ガスを前記ガス分配器から前記シャワープレートに供給するための配管の内部を排気する第二の排気用配管とを具備するプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理条件を構成するステップを継続してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、
前記ステップのガスを一方のガス分配器を介して前記シャワープレートに供給し、前記ステップ後のステップのガスを他方のガス分配器を介して前記シャワープレートに供給することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマ処理方法において、
前記他方のガス分配器によって分配される一方のガスは、前記シャワープレートを介して前記真空処理室内の中心部に供給され、前記他方のガス分配器によって分配される他方のガスは、前記シャワープレートを介して前記真空処理室内の外周部に供給され、
前記ステップから前記ステップ後のステップに移行するとき、前記他方のガス分配器のガスを分配する比率を前記一方のガス流量が前記他方のガス流量より多くなるガス流量の比率にすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のプラズマ処理方法において、
前記ステップ後のステップのガスを供給開始して所定の期間が経過した後、前記ステップのガスの供給を停止することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマ処理方法において、
前記所定の期間は、前記第一の電極に印加する高周波バイアス電力を０Ｗにすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のプラズマ処理方法において、
前記所定の期間の前記高周波電力は、前記所定の期間後の前記高周波電力より小さいことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に係り、特にプラズマエッチングを行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体の高集積化に伴い、加工寸法の微細化や高アスペクト比加工が、また、シリコンウエハの大口径化に伴うウエハ面内の均一な加工がますます重要となってきている。特に、多層膜の加工や高アスペクト比加工については、単一のステップのみで構成されている条件では加工が困難となってきており、それぞれの膜種や深さにあったステップを組み合わせた条件にて加工を行うことが必須となっている。ここでいうステップは、エッチングされる膜や加工形状などに合わせた最小単位のエッチング条件のことを指しており、このステップを組み合わせたものを処理条件とする。
【０００３】
通常、プラズマエッチングでは、前ステップが終了した後、後ステップを開始する前に前ステップの雰囲気を最小限とするように放電を一旦終了し、処理室内の残留ガスを排気した後、後ステップに使用する処理ガスを処理室に導入し、圧力調整を行った後、プラズマエッチングが開始される。このため、チャンバ内にある前ステップの残留ガスの排気、後ステップの処理ガスの導入と圧力調整のための時間など、いわゆる処理中断時間が発生する。
【０００４】
組み合わせるステップが少ない場合には、ステップ間の処理中断時間の影響は少ないものの、ステップの組み合わせが多くなり、切り替え回数が増えると実際にエッチングしている時間も長くなるが、エッチングしていない処理中断時間も長くなってしまい、エッチング時間と処理中断時間を合せた一枚あたりの処理時間はより長くなってしまう。そうなると、生産性の低下を招くと同時に、生産コストを増大させてしまう。
【０００５】
この解決方法として、特開２００７−２８７９２４号公報（特許文献１）がある。この公報には、「それぞれ異なる処理圧力条件を有する複数の処理ステップを有し、各処理ステップの間に真空処理室内に試料をエッチングせずかつプラズマ放電を継続可能なガスを導入してプラズマ放電を継続する移行ステップを設け、それぞれの移行ステップでは、真空処理室内の処理圧力を前の処理ステップにおける処理圧力に保った後、後の処理ステップの処理圧力に滑らかに変化させる。」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８７９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の方法では、放電中断による異物発生を低減することが主目的のため、ステップとステップの間にエッチングしないＡｒなどのガスを用いたステップを間に挟むことによりプラズマ放電を継続した状態で処理を行うことができる。但し、上記方法は終了した条件の残留ガスを真空排気しないものの、プラズマ放電を継続するためにＡｒ等のガスを処理室への供給と供給したガスの圧力調整の時間が発生する。上記発明においては、Ａｒ等のガスの流量においての記述はあるものの配管の容積についての記述はない。
【０００８】
本発明は、上述の課題を鑑みて、複数の条件を組み合わせることによって行われるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法において、ステップ間のプロセスガスを高速に切り替えることのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、代表的な本発明のプラズマ処理装置の一つは、内部にプラズマが生成される真空処理室と、前記真空処理室の上部を気密に封止するアンテナ蓋部と、前記真空処理室内に配置され被処理体が載置される第一の電極と、前記真空処理室内にガスを供給するシャワープレートと前記アンテナ蓋部の間に配置され前記第一の電極に対向した第二の電極と、前記プラズマを生成するための高周波電力を前記第二の電極に供給する高周波電源と、前記シャワープレートにガスを供給するガス供給手段と、前記真空処理室内を排気する排気手段とを備えるプラズマ処理装置において、前記ガス供給手段は、複数のガス供給源と前記複数のガス供給源から供給されたガスを前記シャワープレートに供給し前記アンテナの蓋部の上方に配置されたガス供給装置を具備し、前記ガス供給装置は、前記複数のガス供給源から供給されたガスを前記シャワープレートの第一の領域と前記第一の領域の外側の領域であり、前記シャワープレートの第二の領域のそれぞれに分配するガス分配器と、ガスを前記複数のガス供給源から前記ガス分配器に供給するための配管の内部を排気する第一の排気用配管と、ガスを前記ガス分配器から前記シャワープレートに供給するための配管の内部を排気する第二の排気用配管とを具備することを特徴とする。
【００１０】
また、上記の課題を解決するために、代表的な本発明のプラズマ処理方法の一つは、内部にプラズマが生成される真空処理室と、前記真空処理室の上部を気密に封止するアンテナ蓋部と、前記真空処理室内に配置され被処理体が載置される第一の電極と、前記真空処理室内にガスを供給するシャワープレートと前記アンテナ蓋部の間に配置され前記第一の電極に対向した第二の電極と、前記プラズマを生成するための高周波電力を前記第二の電極に供給する高周波電源と、前記シャワープレートにガスを供給するガス供給手段と、前記真空処理室内を排気する排気手段とを備え、前記ガス供給手段は、複数のガス供給源と前記複数のガス供給源から供給されたガスを前記シャワープレートに供給し前記アンテナ蓋部の上方に配置されたガス供給装置を具備し、前記ガス供給装置は、前記複数のガス供給源から供給されたガスを前記シャワープレートの第一の領域と前記第一の領域の外側の領域であり前記シャワープレートの第二の領域のそれぞれに分配する２つのガス分配器と、ガスを前記複数のガス供給源から前記ガス分配器に供給するための配管の内部を排気する第一の排気用配管と、ガスを前記ガス分配器から前記シャワープレートに供給するための配管の内部を排気する第二の排気用配管とを具備するプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理条件を構成するステップを継続してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、前記ステップのガスを一方のガス分配器を介して前記シャワープレートに供給し、前記ステップ後のステップのガスを他方のガス分配器を介して前記シャワープレートに供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、真空処理室からガス切り替え装置までのガスが通過する部分の容積を小さくでき、ガスを切り替える際に残留するガスの置換を効率良く行うことができるため、複数のステップを必要とするプラズマ処理において、ステップ間のガスの切り替えを素早く行い、前ステップの終了から次ステップの開始までの時間を短縮し、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１のプラズマ処理装置の真空処理室周囲の概略構造の縦断図である。
【図２】本発明の実施例１のガス切り替え装置からシャワープレートまでのガス流路を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の配管容積５０ｍＬでのガス濃度の時間依存性を示すグラフである。
【図４】比較例の配管容積８０ｍＬでのガス濃度の時間依存性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例１のガス供給ユニットとガス切り替え装置の概略構成図である。
【図６】本発明の実施例１のプラズマ処理方法の複数のステップを有した条件でのガス流れの状態を示す図である。
【図７】本発明の実施例２のプラズマ処理方法の複数のステップを有した条件でのガス流れの状態を示す図である。
【図８】本発明の実施例３のプラズマ処理装置の真空処理室周囲の概略構造の縦断図である。
【図９】本発明の実施例３のガス切り替え装置からシャワープレートまでのガス流路を示す図である。
【図１０】本発明の実施例３のガス供給ユニットとガス切り替え装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の実施例３のプラズマ処理方法の複数のステップを有した条件でのガス流れの状態を示す図である。
【図１２】本発明の実施例４のプラズマ処理装置の真空処理室周囲の概略構造の縦断図である。
【図１３】本発明の実施例４のガス切り替え装置からシャワープレートまでのガス流路を示す図である。
【図１４】本発明の実施例４のガス供給ユニットとガス切り替え装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態によれば、内部にプラズマが生成される真空処理室と、前記真空処理室の上部を気密に封止するアンテナ蓋部と、前記真空処理室内に配置され被処理体を載置する第一の電極と、前記第一の電極に対向し前記真空処理室内にガスを供給するシャワープレートと前記アンテナ蓋部の間に配置された第二の電極と、前記第二の電極に前記プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電源と、前記シャワープレートにガスを供給するガス供給手段と、前記真空処理室内を排気する排気手段とを備えるプラズマ処理装置において、前記ガス供給手段は、前記アンテナ蓋部の上部に配置され複数のガス供給源とガス供給装置とを具備し、前記ガス供給装置は、前記複数のガス供給源から供給されたガスを前記複数のガス供給源の数に対応し分配するガス流量を制御するガス分配器を介して前記シャワープレートに供給し、前記ガス供給装置は、前記複数のガス供給源から前記ガス分配器にガスを供給するための配管の内部のガスを排気する第一の排気用配管と、前記ガス分配器から前記シャワープレートにガスを供給するための配管の内部のガスを排気する第二の排気用配管とを具備することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の実施の形態によれば、更に、前記ガス分配器は、２つであり、前記ガス供給装置は、プラズマ処理条件を構成するステップを継続してプラズマ処理を行う際に当該ステップのガスを一方のガス分配器を介して前記シャワープレートに供給し、当該ステップ後のステップのガスを他方のガス分配器を介して前記シャワープレートに供給するような制御を行う制御装置を具備することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の実施の形態によれば、内部にプラズマが生成される真空処理室と、前記真空処理室の上部を気密に封止するアンテナ蓋部と、前記真空処理室内に配置され被処理体を載置する第一の電極と、前記第一の電極に対向し前記真空処理室内にガスを供給するシャワープレートと前記アンテナ蓋部の間に配置された第二の電極と、前記第二の電極に前記プラズマ生成用の高周波電力を供給する高周波電源と、前記シャワープレートにガスを供給するガス供給手段と、前記真空処理室内を排気する排気手段とを備え、前記ガス供給手段は、前記アンテナ蓋部の上部に配置され複数のガス供給源とガス供給装置とを具備し、前記ガス供給装置は、前記複数のガス供給源から供給されたガスを前記複数のガス供給源の数に対応し分配するガス流量を制御するガス分配器を介して前記シャワープレートに供給するプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理条件を構成するステップを継続してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法において、前記ガス分配器は、２つであり、当該ステップのガスを一方のガス分配器を介して前記シャワープレートに供給し、当該ステップ後のステップのガスを他方のガス分配器を介して前記シャワープレートに供給し、前記他方のガス分配器によって分配される一方のガスは、前記シャワープレートを介して前記真空処理室内の中心部に供給され、前記他方のガス分配器によって分配される他方のガスは、前記シャワープレートを介して前記真空処理室内の外周部に供給され、前記当該ステップから前記当該ステップ後のステップに移行する時、前記他方のガス分配器のガス分配比を前記一方のガス流量が前記他方のガス流量より多くなるガス流量比にすることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の実施の形態によれば、更に、前記当該ステップ後のステップのガスを供給開始して所定の期間が経過した後に前記当該ステップのガスの供給を停止することが好ましい。
【００１７】
また、本発明の実施の形態によれば、更に、前記所定の期間は、前記被処理体に印加する高周波バイアス電力を０にすることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の実施の形態によれば、更に、前記所定の期間の高周波電力は、前記所定の期間後の高周波電力より小さいことが好ましい。
【００１９】
本発明に係るプラズマ処理装置の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態にプラズマ処理装置の真空処理室周囲の概略構造を示す縦断面図である。
【００２０】
本発明に係るプラズマ処理装置は、真空処理室１０１と、温調機能及び静電吸着機能を有するウエハ載置用ステージ１０２と、ウエハ載置用ステージ１０２に載置されているウエハ１０３、ウエハ載置用ステージの上部のカバー及びウエハ１０３のガイドの役目を有するサセプタ１０４と、ヨーク１０５と、コイル１０６と、アンテナ１０７と、ガス分散板１０８と、シャワープレート１０９と、ガス供給源を含むガス供給ユニット１１０から配管によって接続されているガス切り替え装置１１２と、ガス供給ユニット１１２とガス切り替え装置１１２とを制御する制御ユニット１１１を備えている。
【００２１】
また、プラズマ処理装置は、第一の高周波電源１１３と、第一の整合器１１４と、第二の高周波電源１１５と、第二の整合器１１６と、アンテナ外周絶縁リング１１７と、シャワープレート支持リング１１８とアンテナ蓋部１１９、可変バルブ１２０、ターボ分子ポンプ１２１、補助ポンプ１２２、真空計１２３とを備えている。
【００２２】
ウエハ１０３が真空処理室１０１内に搬送され、ウエハ載置用ステージ１０２に載置される。ウエハ１０３は、図示されていない温調機能によりウエハ温度を一定に保つことができる。また、ウエハ１０３は、同じく図示されていない直流電源により供給された直流電圧をウエハ載置用ステージ１０２の上面にある絶縁膜に印加することにより発生する静電吸着力によりウエハ載置用ステージ１０２の上に吸着固定される。ウエハ１０３のエッチング処理を行う処理ガスがシャワープレート１０９より導入され、設定された圧力となるよう真空処理室１０１に取り付けられた真空計１２３にて測定された圧力を基に、可変バルブ１２０により、真空処理室１０１内の圧力が調整される。
【００２３】
一方、ウエハ載置用ステージ１０２に対向する面に、ウエハ載置用ステージ１０２に略平行に略円形の導電性部材からなる平板状のアンテナ１０７がウエハ載置用ステージ１０２と所定の間隔をあけて空間が形成されるよう配置される。このアンテナ１０７には、第一の整合器１１４を介して第一の高周波電源１１３より高周波電力が印加されアンテナ１０７から放射される電磁波と真空処理室１０１の外周に沿って配置されたコイル１０６及びヨーク１０５により、アンテナ１０７とウエハ載置用ステージ１０２との間の空間に形成される磁場との相互作用により真空処理室１０１内に導入された処理ガスをプラズマ化する。
【００２４】
さらに、ウエハ載置用ステージ１０２に接続された第二の高周波電源１１５と第二の整合器１１６により、ウエハ１０３に高周波バイアスを印加することにより、プラズマ中に形成された荷電粒子をウエハ１０３の表面に引き込むようにして、プラズマ中の励起された高いエネルギー状態の粒子をウエハ１０３の表面と反応させてプラズマ処理を行う構成となっている。
【００２５】
なお、ガス切り替え装置１１２から、シャワープレート１０９までのガス流れを図２に示す。ガス切り替え装置１１２から出た処理ガスは、中心部と外周部に各々２つの配管によってガス分散板１０８に接続される。ガス分散板１０８は中心部１０８ａと外周部１０８ｂの２つにわかれており下部には、シャワープレート１０９のガス噴き出し穴に対応する穴が開いている。ガス分散板１０８の下には、真空処理室１０１に接するシャワープレート１０９があり、シャワープレート１０９のガス噴き出し穴１０９ｓより真空処理室１０１に処理ガスが導入される。
【実施例１】
【００２６】
上記プラズマ処理装置での実施例について説明する。下記表１はエッチングの条件で、各ステップの使用するガスと流量を示したものである。
【表１】
0005813574.tif 000002
表１のように、異なるステップを複数処理する場合、ガス種及びガス流量が異なることが多い。したがって終了した前の条件の残留ガスの量を最小限にすることが重要である。
【００２７】
一般的に、容積Ｖ（Ｌ）の配管にある濃度Ｘ０のガスＹが入っている場合、別のガスＺを流量Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）で流した場合、時間ｔ（ｍｉｎ）後のガスの残留濃度Ｘは、下記式で求められる。
【００２８】
Ｘ＝Ｘ０×ｅ（−Ｑｔ／Ｖ）
この式から、後から流すガスの流量Ｑが大きいほど、残留ガスの影響は小さくなる。このことは、後ステップの流量が、前ステップの流量より大きくないとガスの置換に要する時間が長くなってしまうことを示す。特許文献１は、Ａｒ等のエッチングされないガスを用い、前ステップよりも流量の大きく設定したステップを追加することにより、前ステップの残留ガスの置換を効率良く進めている。
【００２９】
この追加されたステップの時間内に、後ステップの流量より小さくなるよう流量を変化させ、後ステップのガス流量は追加ステップのガス流量より大きくすることで、後ステップで使用する処理ガスへの入れ替え時間を短くしている。但し、ステップを追加することからトータルのステップの数が増えてしまうため、一枚あたりの処理時間についての大幅な短縮は困難である。
【００３０】
一方、上式より、配管の容積Ｖを小さくすることで、残留濃度Ｘを短い時間で低くできることが分かる。つまり、本実施例でいうと、ガスを切り換えるバルブから真空処理室１０１導入までの容積を最小にすることで、ガスの入れ替えを素早く行うことができることになる。
【００３１】
図２は、ガス切り替え装置１１２からシャワープレート１０９までのガス流路を示す図である。図２では、ガス切り替え装置１１２から供給されたガスは、ガス分散板１０８により、中心部１０８ａと外周部１０８ｂに分配され、最後に複数のガス噴き出し穴１０９ｓをもつシャワープレート１０９のガス噴き出し穴１０９ｓを通じて真空処理室１０１に導入されていることから、このガス切り替え装置１１２内のバルブからシャワープレート１０９までの容積は上式のＶに、後ステップで流す流量は上式のＱに相当する。
【００３２】
図３は、配管容積５０ｍＬでのガス濃度の時間依存性のグラフである。本実施例をもとに容積と流量による残留濃度の時間依存性について計算を行った結果について図３に示している。本実施例ではアンテナ蓋部１１９の上にガス切り替え装置１１２を設置したため、容積はアンテナ蓋部１１９内部にある配管及びガス分散板１０８及びシャワープレート１０９の５０ｍＬとなる。流量については表１よりステップ２の１５０ｍＬ／ｍｉｎとステップ３の２００ｍＬ／ｍｉｎの場合について計算した。
【００３３】
結果をステップ２の場合を図３−Ａ、ステップ３の場合を図３−Ｂに示す。図３−Ａでは、残留ガス濃度が２０％を下回るには３２秒必要となる。一方、図３−Ｂに示す比較例では、同じ残留ガス濃度を２０％下回るには１６秒と半分となることから、特許文献１に記載されている通りとなる。一方容積については、ガス切り替え装置１１２をアンテナ蓋部１１９の直上ではなく、厚さ１ｍｍ、配管外径６．３５ｍｍ、長さ２ｍの配管で接続した場合では、容積は３０ｍＬほど大きくなり、全体の容積は８０ｍＬとなる。
【００３４】
図４は、配管容積８０ｍＬでのガス濃度の時間依存性のグラフである。同じくステップ２とステップ３の流量でのガス残留濃度の時間依存性を計算した結果を、ステップ２の場合を図４−Ａ、ステップ３の場合を図４−Ｂに示す。同じく残留ガス濃度２０％を下回る時間をみると、ステップ２の場合には、５０秒を超えており、流量の大きいステップ３についても２６秒と長くなっている。容積は小さくするほどガスの置換は早く終了することが分かる。
【００３５】
但しガス分散板１０８や及びシャワープレート１０９のガス穴部等の部分の容積は、ウエハの大口径化、強度の関係もあり容易に減らすことが困難である。またアンテナ部内の配管についてはアンテナ部の構造や強度の関係から、アンテナ１０７やアンテナ蓋部１１９を含むアンテナ部の厚さが決まってくる。このため長さを変更しにくい点を考慮すると、アンテナ部の内部の配管径はより細く、アンテナ部より上流側については配管の長さをより短くする必要がある。このため残留ガス濃度２０％を下回る時間を図３の容積での時間に対し許容範囲を±１０％以内とした場合、容積にして５ｍＬ、上記配管の場合、長さ３３０ｍｍ以下にすればよい。
【００３６】
本発明では、アンテナ蓋部１１９の直上にガス切り替え装置１１２を設置することで、真空処理室１０１に最も近い位置でガス切り替えを行い、配管内の残留するガスの影響を最小限にすることを可能にしている。図４は図１のガス供給ユニット１１０とガス切り替え装置１１２を中心に処理ガスの供給系について概略を示したものである。
【００３７】
図５は、実施例１のガス供給ユニットとガス切り替え装置１１２の概略構成図である。最初に図５を用いて真空処理室１０１までのガス供給方法について説明する。それぞれ異なるガスＡ，ガスＢ，ガスＣの供給源１２４〜１２６より供給された処理ガスは、それぞれ２つに分岐され、各々の配管に接続されるマスフローコントローラ１２７〜１３２により設定された流量に制御され、混合用ガスバルブ１３３〜１３８と各々のガス配管を経てガス切り替え装置１１２に供給される。
【００３８】
供給されたガスはガス切り替え装置１１２内部にあるガス分配器１４１，１４２に供給される。ガス分配器１４１，１４２で分配された２つのガスは、切り替え用ガスバルブ１４７〜１５０を経て、図１に記載のガス分散板１０８、シャワープレート１０９を経由して真空処理室１０１内に供給される。また、混合用ガスバルブ１３３〜１３５とガス分配器１４１を繋ぐ配管及び混合用ガスバルブ１３６〜１３８とガス分配器１４２を繋ぐ配管内の残留ガスを排気する場合、それぞれの配管に排気用のバイパス配管が接続されている。
【００３９】
配管の接続先には、ターボ分子ポンプ１２１と補助ポンプ１２２の間の配管が接続されており、混合用ガスバルブ１３３〜１３５，１３６〜１３９を「閉」にし、かつ、バイパス配管に設けられている第一の排気用ガスバルブ１３９，１４０を「開」にすることにより、配管内の残留ガスを排気することができる。同様に、ガス分配器１４１と切り替え用ガスバルブ１４７，１４８の間の配管及びガス分配器１４２と切り替え用ガスバルブ１４９，１５０の間の配管にも同様のバイパス配管が接続され、切り替え用ガスバルブ１４７、１４８及び１４９、１５０を「閉」にし、バイパス配管の第二の排気用ガスバルブ１４３〜１４６を「開」とすることにより配管内の残留ガスを排気することができる。
【００４０】
図６は、実施例１の複数のステップを有した条件でのガス流れの状態を示す図である。実際の運用方法については図６をもとに説明する。図６は、５つのステップを連続して処理する場合の、図５のガスＡ、ガスＢ、ガスＣのマスフローコントローラ１２７〜１３２の直後の混合用ガスバルブ１３３〜１３８、ガス分配器１４１，１４２の出口及びガス切り替え装置１１２の出口の切り替え用ガスバルブ１４７〜１５０での各タイミングでのガス流量を図６に示している。
【００４１】
まず、ステップ１で使用されるガス系統１の処理ガスＢとガスＣを混合用ガスバルブ１３４とガスバルブ１３５を「開」にしてガス分配器１４１に供給する。その次に、ガス分配器１４１で分配された後、切り替え用ガスバルブ１４７，１４８を「開」にして真空処理室１０１に導入し、ステップ１が開始される。ステップ１の処理が開始されて１０秒後、ガス系統２の処理ガスＡとガスＢの混合用ガスバルブ１３６、１３７を「開」にしてガス分配器１４２に供給する。ステップが１０秒以内の場合には、ステップ時間の半分が経過した時点で別系統のガスの準備を開始する。
【００４２】
ステップ１が処理する１秒前に、ガス系統２のガスＡとガスＢの混合用ガスバルブ１４９、１５０を「開」にする。ステップ１が終了した直後に、混合用ガスバルブ１３４、１３５を「閉」にしてガス供給を停止する。この時ステップ１の終了前後でガス系統１とガス系統２の供給が重なるが、これはステップ間でガス中断によるガス流量の減少が生じたことによりプラズマが維持できなくなることを防ぐ目的で行っている。
【００４３】
この場合、残留ガスの影響による余分にエッチングされる懸念が考えられるが、その場合はステップ切り替えの数秒間、ウエハ１０３に印加する第二の高周波電源１１５を０Ｗにすることで、余分なエッチングを防ぐことができる。第二の高周波電源１１５は、ウエハ１０３に入射するイオンを加速させるための電源で、０Ｗにすることで過剰なエッチングを防ぐことができる。またプラズマは維持されたとしてもガスが異なるため、プラズマインピーダンスが変化し放電が不安定となることが懸念される。これに対しては、第一の整合器１１４にて調整を行うことで、放電の安定を保つことが可能である。
【００４４】
また、ガス流量の変動もステップ切り替えの際に発生するが、真空処理室１０１に設置した真空計１２３により真空処理室１０１内の圧力をモニタし、流量変動による圧力変動が生ずると設定圧力に戻るよう可変バルブ１２０を調整し、圧力変動を最小とするようになっている。
【００４５】
ステップ１の終了と同時にステップ２が開始した直後、ステップ１で使用されていたガスＢとガスＣは、ガスバルブ１３４、１３５を「閉」に、第一の排気用ガスバルブ１３９、第二の排気用ガスバルブ１４５，１４６を「開」にして、残留ガスを真空排気する。配管には図示していない真空計が設置され、設定された圧力以下になった時点で、第一の排気用ガスバルブ１３９、第二の排気用ガスバルブ１４５，１４６を「閉」にして配管の排気を停止する。
【００４６】
ステップ２の処理時間が半分終了すると、ステップ３で使用するガスＡとガスＢとガスＣの混合用ガスバルブ１３３、１３４、１３５を「開」にして、レシピにて設定した流量でガス分配器１４１に供給する。ステップ２が終了する１秒前にガス系統１でガスＡ、ガスＢ、ガスＣの切り替え用ガスバルブ１４７、１４８を「開」にする。ステップ２の終了後、切り替え用ガスバルブ１４９、１５０を「閉」にしてガス系統２のガスＡとガスＢの供給を停止する。ステップ２の終了と同時にステップ３が開始される。
【００４７】
表１の条件では、ステップ２とステップ４は同じガス種で同じ流量のため、配管内の残留ガスの排気は行わず、ステップ４の開始時に切り替え用ガスバルブ１４９、１５０を開にする。また、ステップ３とステップ５の場合も同様である。本実施例では、ガスを２系統に分けたが、２系統に限定するものではなく、少なくとも２系統あればガスを交互に供給することでの対応が可能となる。
【００４８】
また、本実施例では、ウエハ１０３に対するガス供給の分布を均一にすることを目的にガス分配器１４１、１４２を用い中心部と外周部の流量比を制御しているが、外周部のガス流量よりも中心のガス流量を、大きくすることで、真空処理室１０１内のガスの置換が効率良く行われる。これは外周部より導入されるガスは、かなりの割合でそのまま排気されてしまうのに対し、中心部から導入されるガスは、かなりの割合でウエハに届き、ウエハ表面を通って排気されるためウエハ上に滞留する残留ガスの排気にも効果がある。ガス流量や圧力にもよるが、中心部の流量と外周部の流量の比を８：２にすることが望ましく、ガス配管の容積の低減と合せることでより早いガスの置換が行われる。
【実施例２】
【００４９】
実施例１では、ガス切り替え装置１１２とガス分散板１０８間の配管内のガス置換の効率向上について説明したが、実際に処理を実施するとウエハ１０３上に反応生成物が堆積又は浮遊する場合があり、後ステップの処理の時に、反応生成物がエッチングを阻害することが考えられる。反応生成物は一般的にウエハ１０３の外周部には堆積しにくく、ウエハ１０３の中心部に堆積しやすい。この反応生成物の堆積を防ぐには、ステップ切り替え時に反応生成物の堆積しやすいウエハ１０３の中心部にプロセスガスを集中的に流し、ウエハ１０３の中心部にある反応生成物を排気されやすいウエハ１０３の外周部に移送し中心部への堆積を緩和することである。
【００５０】
そこで、実施例１では、シャワープレート１０９の中心部にある第一の領域と第一の領域の外側の領域である第二の領域のガス流量比を１：１にしていたが、実施例２では、ステップ切り替え時に、シャワープレート１０９の第二の領域１０９ｂからはガスの供給を停止し、シャワープレート１０９の第一の領域１０９ａからのみガスを供給し、反応生成物のウエハ１０３の中心部への集中を緩和させ、ウエハ１０３面内の反応生成物の分布を均一にすることができる。
【００５１】
実施例２のガス供給ユニット１１０とガス切り替え装置１１２の構成は、実施例１のと図１，２，５と同様であるので省略する。図７は、実施例２の複数のステップを有した条件でのガス流れの状態を示す図である。具体的に、実施例１でのガス流量設定をもとに、ガス分散板１０８を含むガス供給ユニットとガス切り替え装置１１２の概略構成図の図７とシャワープレート１０９の第一の領域１０９ａと第二の領域１０９ｂの噴き出しを含んだガス流れの状態について図７を用いて説明する。
【００５２】
ステップ１の処理を開始した後、ステップ１の終了の５秒前から、供給されているガスＢ及びガスＣは、切り替え用ガスバルブ１４７を「閉」にして、第一の領域１０９ａのガス供給を停止すると同時に第二の領域１０９ｂに供給されているガス流量を５０ｍｌ／ｍｉｎから１００ｍｌ／ｍｉｎとする。真空処理室１０１へのガス供給量そのものは変わらない。ステップ１終了と同時に切り替え用ガスバルブ１４８を「閉」にし、ステップ１で供給されたガスＢ、ガスＣは供給を停止する。
【００５３】
引き続き、ステップ２のガスＡ及びガスＢの供給を開始するが、最初の５秒間は切り替え用ガスバルブ１４９のみ「開」にしてガスＡとガスＢの合せた流量２００ｍｌ／ｍｉｎをシャワープレート１０９の第一の領域１０９ａのみの供給とする。５秒経過後、シャワープレート１０９の第一の領域１０９ａと第二の領域１０９ｂのガス流量比を１：１となるよう、それぞれのガス流量１００ｍｌ／ｍｉｎとなるようにし、そのまま、ステップ終了の５秒前まで継続する。
【００５４】
もともと、シャワープレート１０９の第一の領域１０９ａのガス切り替え装置１１２とガス分散板１０８との間の配管内に残留しているガスは、ガス供給時の配管内圧力と真空処理室１０１内の圧力では配管内の圧力が圧倒的に高いことから、ガス供給停止とともに残留ガスが真空処理室１０１内に抜けていくため、切り替え用ガスバルブ１４７を閉にした時点の残留ガスの量が減少しているため、配管内のガス置換も早く行われる。
【００５５】
ステップ２の終了５秒前になると、切り替え用ガスバルブ１４９を「閉」にして、切り替え用ガスバルブ１５０側のガス流量を２００ｍｌ／ｍｉｎとする。ステップ２が終了すると、ガスバルブ１５０を「閉」にし、ガスＡとＢの供給を停止する。ステップ３の開始と同時に、ガスＡ，ガスＢ，ガスＣは、ガスバルブ１４７を「開」にすることにより、供給を開始する。
【００５６】
ステップ３の開始５秒後に、ガスバルブ１４８を開にし、シャワープレート１０９の第一の領域１０９ａと第二の領域１０９ｂの流量比を１：１となるよう流量を調整する。ステップ４以降も同様にすることで、各ステップ処理の際に発生する反応生成物がウエハ１０３の中心部に集中したものを、シャワープレート１０９の第一の領域１０９ａからのみガスを供給することで、反応生成物が拡散され、後ステップへの反応生成物の影響を低減することが可能となる。なお、ステップ終了前のガス切り替えのタイミングについては、使用するガス種及びガス流量により異なるため、５秒に限定されるものではない。
【実施例３】
【００５７】
図８は、本発明の実施例３のプラズマ処理装置の真空処理室周囲の概略構造の縦断図である。実施例１のプラズマ処理装置と比較すると、ガス分散板２０８と、ガス切り替え装置２１２の構造が簡略化されている。
【００５８】
実施例３のガス分散板２０８は、実施例１のガス分散板１０８と比べると、中央部１０８ａと周辺部１０８ｂに分離されておらず、ガス切り替え装置２１２から配管により供給される混合ガスは、ガス分散板２０８内で分散され、シャワープレート１０９の複数のガス噴き出し穴１０９ｓから真空処理室１０１内に導入される。
【００５９】
図９は、本発明の実施例３のガス切り替え装置２１２からシャワープレート１０９までのガス流路を示す図である。
また、図１０は、本発明の実施例３のガス供給ユニット２１０とガス切り替え装置２１２の概略構成図である。
【００６０】
実施例１のガス切り替え装置１１２と比較すると、本発明の実施例３のガス切り替え装置２１２は、切り替え用ガスバルブ２４７、２４９から構成される簡略化された構造を備えており、ガス供給ユニット２１０内に配置されたガス分配器１４１、１４２からの混合ガスを切り替え用ガスバルブ２４７、２４９により切り替えて真空処理室１０１内に導入可能である。
【００６１】
また、本発明の実施例３のガス供給ユニット２１０は、実施例１のガス供給ユニット１１０と比較すると、ガス分配器１４１、１４２と第二の排気用ガスバルブ２４４、２４６を備えているが、第二の排気用ガスバルブの数は４個から２個に簡略化している。
【００６２】
図１１は、本発明の実施例３のプラズマ処理方法の複数のステップを有した条件でのガス流れの状態を示す図である。実施例１の図６に示すガス流れの状態を示す図と比較すると、実施例１では、切り替え用ガスバルブ１４７，１４８と、切り替え用ガスバルブ１４９，１５０とによる混合ガスの切り替えを、切り替え用ガスバルブ２４７、２４９により切り替える点が相違する。
【００６３】
実施例３の構成によれば、真空処理室１０１のアンテナ蓋部１１９上に配置するガス切り替え装置２１２を小型化して、真空処理室のより近傍に配置することが可能となり、また、ガス切り替え装置２１２と真空処理室１０１との間の配管の容積を更に減少させて処理ガスの切り替えを迅速に行うことができる。
【実施例４】
【００６４】
図１２は、本発明の実施例４のプラズマ処理装置の真空処理室周囲の概略構造の縦断図である。実施例１のプラズマ処理装置と比較すると、本発明の実施例４では、ガス供給ユニット３１０とガス切り替え装置３１２が、真空処理室１０１のアンテナ蓋部１１９上に配置され、真空処理室１０１の外部のガス源Ａ〜Ｃから異なる種類のガスがガス供給ユニット３１０に供給され、真空処理室１０１の外部の制御装置が、ガス供給ユニット３１０とガス切り替え装置３１２の双方を制御する。
【００６５】
図１３は、本発明の実施例４のガス切り替え装置からシャワープレートまでのガス流路を示す図であり、図１４は、本発明の実施例４のガス供給ユニットとガス切り替え装置の概略構成図である。実施例１のプラズマ処理装置と比較すると、ガス分散板１０８とシャワープレート１０９の構造は実施例１、２と同じである。ガス分散板１０８は、中心部１０８ａと外周部１０８ｂに分離されている。
【００６６】
本発明の実施例４では、シャワープレート１０９の第一の領域１０９ａと第二の領域１０９ｂのガス噴き出し穴１０９ｓから真空処理室１０１内に混合ガスを導入することができ、実施例１の図６に示すガス流れの状態、及び、実施例２の図１１に示すガス流れの状態を実現することができる。
【００６７】
実施例４の構成によれば、ガス供給ユニット３１０とガス切り替え装置３１２を共に真空処理室１０１のアンテナ蓋部１１９上に配置することにより、ガス供給ユニット３１０内のマスフローコントローラ１２７〜１３２と混合用ガスバルブ１３３〜１３８、ガス切り替え装置３１２内の第一の排気用ガスバルブ１３９，１４０、ガス分配器１４１、１４２、第二の排気用ガスバルブ１４３〜１４６、切り替え用ガスバルブ１４７〜１５０を結ぶ配管の容積をも減少させることができ、ガスの混合、分配、切り替え、排気も含めたガス処理の手順を迅速に行うことができる。
【００６８】
以上述べたとおり、真空処理室１０１に近い位置にガスを切り替える装置を設置することによって、真空処理室１０１へのガス供給口からガスを切り替えるバルブまでの容積を最小にすることで、複数の異なるステップを有する真空処理装置において、前ステップの残留ガスの影響を最小限にし、かつ、高速にガスの切り替えを可能とするプラズマ処理装置を提供することができる。
【００６９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００７０】
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０１  真空処理室
１０２  ウエハ載置用ステージ
１０３  ウエハ
１０４  サセプタ
１０５  ヨーク
１０６  コイル
１０７  アンテナ
１０８  ガス分散板
１０８ａ  中心部
１０８ｂ  外周部
１０９  シャワープレート
１０９ａ  第一の領域
１０９ｂ  第二の領域
１０９ｓ  ガス噴き出し穴
１１０  ガス供給ユニット
１１１  制御ユニット
１１２  ガス切り替え装置
１１３  第一の高周波電源
１１４  第一の整合器
１１５  第二の高周波電源
１１６  第二の整合器
１１７  アンテナ外周絶縁リング
１１８  シャワープレート支持リング
１１９  アンテナ蓋部
１２０  可変バルブ
１２１  ターボ分子ポンプ
１２２  補助ポンプ
１２３  真空計
１２４〜１２６  ガス供給源
１２７〜１３２  マスフローコントローラ
１３３〜１３８  混合用ガスバルブ
１３９，１４０  第一の排気用ガスバルブ
１４１、１４２  ガス分配器
１４３〜１４６  第二の排気用ガスバルブ
１４７〜１５０  切り替え用ガスバルブ
２０８  ガス分散板
２１０  ガス供給ユニット
２１２  ガス切り替え装置
２４４，２４６  第二の排気用ガスバルブ
２４７，２４９  切り替え用ガスバルブ
３１０  ガス供給ユニット
３１２  ガス切り替え装置
【図１】
0005813574.tif 000003
【図２】
0005813574.tif 000004
【図３】
0005813574.tif 000005
【図４】
0005813574.tif 000006
【図５】
0005813574.tif 000007
【図６】
0005813574.tif 000008
【図７】
0005813574.tif 000009
【図８】
0005813574.tif 000010
【図９】
0005813574.tif 000011
【図１０】
0005813574.tif 000012
【図１１】
0005813574.tif 000013
【図１２】
0005813574.tif 000014
【図１３】
0005813574.tif 000015
【図１４】
0005813574.tif 000016